KR20110012298A - 뇌파를 이용한 집중력 강화 시스템 및 그 동작방법 - Google Patents

Abstract

뇌파를 이용한 집중력 강화 시스템 및 그 동작방법이 개시된다. 상기 뇌파를 이용한 집중력 강화 시스템의 일예에 따르면, 뇌파 신호를 검출하기 위한 뇌파 검출부와, 사용자의 학습 구간 동안 상기 뇌파 검출장치에서 검출된 상기 사용자로부터의 다수 종류의 뇌파들을 수신하고, 상기 수신된 뇌파들 중 적어도 SMR 파를 이용하여 집중도를 산출하고, 소정의 시간 동안 상기 산출된 집중도를 평균화함으로써 정량화 동작을 수행하며, 상기 정량화된 값을 이용하여 집중력 유지시간을 산출하고, 상기 정량화 및 산출 동작에 기반하는 뇌파 분석 결과를 출력하는 뇌파신호 분석부 및 상기 뇌파신호 분석부로부터의 처리 결과에 응답하여 동작하며, 상기 학습 구간동안의 상기 사용자로부터의 뇌파 분석 결과에 따라 집중력 강화 프로그램에 포함되는 다수의 레벨들 중 어느 하나의 레벨을 선택하고, 컨텐츠 실행 구간 동안 상기 선택된 레벨로서 상기 집중력 강화 프로그램을 수행되도록 제어하는 컨텐츠 실행부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

뇌파를 이용한 집중력 강화 시스템 및 그 동작방법{The system and method using brain waves for enhancing concentration}

본 발명은 뇌파를 이용한 집중력 강화 시스템 및 그 동작방법에 관한 것으로서, 자세하게는 사용자의 실제 학습구간에서의 뇌파 분석 결과와 집중력 강화 컨텐츠 수행을 서로 연동시킨 뇌파를 이용한 집중력 강화 시스템 및 그 동작방법에 관한 것이다.

일반적인 뇌파측정은 뇌파 측정용 기록 전극을 사용자의 머리의 정해진 위치에 부착함으로써 이루어지며, 부착 부위는 국제적으로 통일되어 있는 10-20 전극 배치법이 일반적으로 사용된다. 이는, 머리의 가로와 세로의 길이를 10%, 20% 간격으로 좌우 뇌에 대칭적 교차점을 형성하면서 배치되는 것을 나타낸다. 성인의 표준 전극 수는 19개의 활성 전극과 1개의 그라운드 전극으로 구성된다.

기존의 뇌파를 활용하여 사용자의 집중력을 향상시키기 위한 방법들이 제안되어 왔으며, 일예로서 집중력 개선을 위한 게임을 수행하도록 하면서 이에 의해 발생되는 뇌파를 측정하고 그 결과에 따라 즉각적인 반응을 줌으로써 집중력을 개선하도록 하거나, 업무를 하면서 집중도가 떨어지게 되면 즉각적으로 경고음과 같 은 피드백을 줌으로써 집중력을 유지하거나 향상시키도록 하고 있다.

그러나, 상기와 같은 종래의 뇌파를 활용하는 방법들은, 단지 뇌파를 이용하는 일반적인 컨텐츠만을 제공하여 사용자의 뇌파를 훈련시키거나, 또는 사용자의 학습 도중 집중도를 판단하여 집중도가 떨어지게 되면 경고음과 같은 피드백을 주는 것에 그치는 방법만을 사용하였다. 이러한 경우 실제 사용자가 학습하는 동안에는 어떠한 피드백이나 영향을 주지못하게 되고, 또한 실제 사용자가 학습하는 동안 사용자의 집중도 향상을 위한 기능을 제공하지 못하게 된다.

특히, 종래의 경우에는 사용자의 학습 구간 동안에는 단지 뇌파를 검출하고 집중도가 떨어지는 경우 경고음만 주는 것 이외에는 특별히 사용자의 집중도를 향상시키는 방안이 제공되지 않았다. 다만 종래의 경우, 집중도를 향상하기 위한 컨텐츠를 제공하는 경우도 있었으나, 일반적으로 사용자는 실제 학습 구간에서의 집중도와 소정의 게임과 같은 컨텐츠를 수행하는 경우의 그 집중도가 서로 다르다. 이에 따라 아무리 컨텐츠 수행에 의하여 집중도를 훈련한다고 하더라도 이와 같은 훈련에 의하여 실제 사용자의 학습 구간에서 집중도가 향상되는 결과를 가져오지 못하는 문제점이 발생하였다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 사용자의 실제 학습 구간 동안 다양한 형태로 분석되는 뇌파 분석 결과를 제공할 수 있으며, 또한 실제 학습구간에서의 뇌파 분석 결과와 집중력 강화 컨텐츠의 수행동작을 서로 연동할 수 있는 뇌파를 이용한 집중력 강화 시스템 및 그 동작방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일실시예에 따른 뇌파를 이용한 집중력 강화 시스템은, 뇌파 신호를 검출하기 위한 뇌파 검출부와, 사용자의 학습 구간 동안 상기 뇌파 검출장치에서 검출된 상기 사용자로부터의 다수 종류의 뇌파들을 수신하고, 상기 수신된 뇌파들 중 적어도 SMR 파를 이용하여 집중도를 산출하고, 소정의 시간 동안 상기 산출된 집중도를 평균화함으로써 정량화 동작을 수행하며, 상기 정량화된 값을 이용하여 집중력 유지시간을 산출하고, 상기 정량화 및 산출 동작에 기반하는 뇌파 분석 결과를 출력하는 뇌파신호 분석부 및 상기 뇌파신호 분석부로부터의 처리 결과에 응답하여 동작하며, 상기 학습 구간동안의 상기 사용자로부터의 뇌파 분석 결과에 따라 집중력 강화 프로그램에 포함되는 다수의 레벨들 중 어느 하나의 레벨을 선택하고, 컨텐츠 실행 구간 동안 상기 선택된 레벨로서 상기 집중력 강화 프로그램을 수행되도록 제어하는 컨텐츠 실행부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 뇌파를 이용한 집중력 강화 시스템은, 상기 뇌파 분석 결과 및 상기 컨텐츠에 따른 화면을 디스플레이하기 위한 디스플레이부를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 뇌파 검출부는, 상기 사용자의 머리에 유동적으로 부착 가능하여 상기 사용자의 뇌파를 수신하기 위한 전극부와, 상기 전극부로부터 측정된 뇌파를 수신하고 소정의 주파수 필터링 및 아날로그-디지털 변환을 수행하는 뇌파 처리부 및 상기 뇌파 처리부로부터의 신호를 수신하여 이를 고주파로 변조하여 무선 전송하는 전송부를 구비할 수 있다.

또한, 상기 뇌파신호 분석부는, 상기 전송부로부터 고주파 신호를 주기적으로 수신하고 이를 복조하여 상기 다수 종류의 뇌파들을 추출하는 수신부와, 상기 수신부로부터 상기 뇌파들을 입력받으며, 상기 주기적으로 입력된 뇌파들에 대하여 적어도 상기 SMR 파를 이용하여 집중도를 산출하고, 상기 소정의 시간 동안의 상기 집중도의 평균값을 산출하여 정량화 동작을 수행하는 정량화부 및 상기 정량화된 값과 상기 주기적으로 입력된 뇌파를 이용하여 집중력 유지시간 및 평균 집중력 유지시간을 산출하는 집중력 유지시간 산출부를 구비할 수 있다.

한편, 상기 집중도는, SMR파의 세기값/(세타파의 세기값 + 알파파의 세기값)에 의해 산출되며, 상기 정량화 동작은, 상기 소정의 시간 동안 집중도의 합을 상기 소정의 시간으로 나눔에 의하여 평균 집중도를 산출하여 수행되고, 상기 집중력 유지시간은, 현재 집중도가 상기 평균 집중도보다 큰 시점부터 현재 집중도가 상기 평균 집중도보다 낮은 시점까지의 시간으로 산출되며, 상기 평균 집중력 유지시간 은, 소정의 측정 회수 동안의 상기 집중력 유지시간의 평균값으로 산출될 수 있다.

한편, 상기 컨텐츠 실행부는, 상기 사용자의 학습 구간 동안의 뇌파 분석 결과를 집중력 강화 훈련 구간과 연동시키기 위하여, 상기 뇌파 분석 결과를 수신하고 이에 응답하여 컨텐츠의 실행을 제어하는 컨텐츠 제어부 및 다수의 단계로 이루어지는 프로그램을 포함하고, 상기 뇌파 분석 결과에 기반하는 상기 컨텐츠 제어부의 제어신호에 응답하여, 상기 사용자의 학습 구간 동안의 집중력 정도에 의존하는 레벨의 프로그램을 선택하여 실행하는 컨텐츠 구동부를 구비할 수 있다.

바람직하게는, 상기 프로그램의 다수의 단계는 서로 각각 다른 집중력 유지시간을 요하는 단계이며, 상기 컨텐츠 실행부는, 상기 학습 구간 동안 a 값에 해당하는 평균 집중력 유지시간이 산출된 경우, 상기 a 값에 가장 근접하며 상기 a 값보다 큰 집중력 유지시간을 요하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 한다(단, a는 양의 실수).

한편, 상기 뇌파신호 분석 결과 출력 및 상기 컨텐츠는 프로그램 코드를 이용하여 소프트웨어적으로 수행되는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 일실시예에 따른 뇌파를 이용한 집중력 강화 시스템의 동작방법은, 사용자의 학습 구간 동안, 상기 사용자로부터의 다수 종류의 뇌파들을 수신하는 단계와, 상기 수신된 뇌파들 중 적어도 SMR 파를 이용하여 집중도를 산출하고, 소정의 시간 동안 상기 산출된 집중도를 평균화함으로써 정량화 동작을 수행하는 단계와, 상기 정량화된 값을 이용하여 집중력 유지시간을 산출하고, 상기 정량화 및 산출 동작에 기반하는 뇌파 분석 결과를 출력하는 단계와, 상기 학습 구간 동안의 상기 사용자로부터의 뇌파 분석 결과에 따라 집중력 강화 프로그램에 포함되는 다수의 레벨들 중 어느 하나의 레벨을 선택하는 단계 및 집중력 강화 훈련 구간 동안, 상기 학습 구간동안의 뇌파 분석 결과에 기반하여 선택된 레벨에 따라 상기 집중력 강화 프로그램을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같은 본 발명의 뇌파를 이용한 집중력 강화 시스템 및 그 동작방법에 따르면, 실제 학습 구간시의 사용자의 집중도를 훈련함으로써 최적의 집중도 훈련을 수행할 수 있도록 하는 효과가 있다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 도면에 기재된 내용을 참조하여야 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 뇌파를 이용한 집중력 강화 시스템을 나타내는 블록도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 뇌파를 이용한 집중력 강화 시스템(100)은 뇌파 검출부(110)와, 뇌파신호 분석부(120) 및 컨텐츠 실행부(130)를 구비할 수 있다. 또한 상기 집중력 강화 시스템(100)은, 상기 분석된 뇌파신호를 디스플레이하거나 또는 사용자가 컨텐츠를 실행할 수 있도록 사용자 인터페이스를 제공하기 위한 디스플레이부(140)를 더 구비할 수 있다.

학습 구간이 시작되면, 뇌파 검출부(110)는 사용자의 머리에서 발생되는 뇌파 신호를 검출하고, 상기 검출된 아날로그 신호에 대해 소정의 증폭 동작, 필터링 동작 및 아날로그-디지털 변환 동작 등을 수행하며, 상기와 같이 처리된 신호를 외부로 전송한다. 이를 위하여 상기 뇌파 검출부(110)는, 상기 사용자의 머리에 유동적으로 부착 가능하도록 배치되어 상기 사용자의 뇌파를 수신하기 위한 전극부(111)와, 상기 전극부로부터 측정된 뇌파를 수신하고 소정의 주파수 필터링 및 아날로그-디지털 변환을 수행하는 뇌파 처리부(112)와, 상기 뇌파 처리부로부터의 신호를 수신하여 이를 고주파로 변조하여 무선 전송하는 전송부(113)를 구비할 수 있다. 상기 학습 구간은 소정의 시간으로 설정될 수 있으며, 상기 설정 시간은 최소 10분 이상으로 설정되는 것이 바람직하다.

상기 전극부(111)는, 전도체를 통해서 뇌파 신호를 받아들이고 이를 뇌파 처리부(112)로 전달하며, 상기 전도체는 금으로 형성될 수 있다. 전극부(111)는 소정의 전송매체를 통하여 상기 뇌파 신호를 뇌파 처리부(112)로 전달할 수 있으며, 상기 전송매체로서 차폐 및 노이즈 감소 기능을 보장하기 위하여 트위스티드 페어(Twisted-Pair) 케이블이 사용될 수 있다. 도 2는 상기 전극부(111)와 뇌파 처리부(112) 사이의 신호 전달을 위한 트위스티드 페어(Twisted-Pair) 케이블의 일예를 나타낸다. 또한 상기 전극부(111)는, 고정된 형태가 아닌 사용자에 따른 가변적인 움직임이 보장될 수 있도록 하는 것이 바람직하며, 특정 범위 안에서 개인차에 따른 각도와 위치가 변화 가능하도록 구성될 수 있다.

특히, 본 발명에서는, 종래의 국제 전극 배치법에 따른 10-20 시스템을 사용할 필요가 없다. 본 시스템의 경우 다수의 뇌파들 중 SMR 파를 포함한 일부의 뇌파들만을 사용하므로, 전극부(111)가 실제 사용자의 머리에 부착되는 접점은 4 개 이하로 제한될 수 있다. 또한 전극부착의 유동성을 보장하도록 함으로써, 머리의 크기 및 형태에 따라 유동적인 측정이 가능하며, 이는 초기 커스터마이징 세팅 절차에서 뇌파의 입력신호를 크기값으로 받아들여 사용자에게 음성과 화면으로 최적화 값을 제공하여 개인별 편차에 대한 보안책을 제시할 수 있다. 일예로서, 도 3a,b는 본 발명의 일실시예에 따른 뇌파 검출부와 상기 전극들(일예로서 4 개의 전극)의 접점이 가능한 머리의 영역들을 나타낸다. 종래 고정된 전극을 사용하였던 과는 달리, 도 3a에 도시된 바와 같이, 본원의 전극부(a)에 따르면 그 중간에 음영으로 도시된 바와 같은 전극부착의 유동성을 제공할 수 있는 유동부(flex)가 구비된다. 사용자는 상기 4개의 전극부(a)를 머리상에 위치함에 있어서 유동성있게 전극부(a)를 머리상에 위치시키고 이에 따른 뇌파 검출 신호를 디스플레이부(140)를 통해 확인한다. 전극부(a)를 움직여가면서 디스플레이부(140)를 통해 뇌파 검출 상태를 파악하고, 상기 초기 커스터마이징 세팅 절차를 통하여 사용자마다 서로 다른 최적의 위치를 갖는 영역에 전극부(a)를 위치시킬 수 있도록 한다. 도 3b는 상기 4개의 전극부(a)가 위치할 수 있는 영역의 일예를 나타내는 것으로서, 상기 검은색으로 표시된 바와 같이 10-20 시스템에서의 총 4개 영역이 그 범위가 될 수 있다.

상기와 같이 전극부(111)에서 검출된 뇌파들은 뇌파 처리부(112)로 전달되고 증폭 및 필터링 동작이 수행된다. 일예로서, 뇌파를 측정하는 동안 로우 주파수 필 터는 70Hz에 고정될 수 있으며, 이 경우 1Hz 이하 또는 70Hz 이상의 활성파의 증가를 감소시킬 수 있다. 이는 보다 뇌파의 패턴을 분명하게 하기 위한 경우에는 변경될 수 있다. 특히, 주파수 대역이 0.5Hz-3Hz에 속하는 델타(delta)파의 경우 완전한 수면파로 간주되므로, 본 발명의 실시예에서는 상기 델타파의 추출이 무의미할 수 있으므로, 필요한 경우에 상기 필터 값의 조정에 의하여 델타파가 제거되도록 할 수 있다. 상기와 같이 신호 처리된 뇌파는 전송부(113)로 제공되며, 전송부(113)는 상기 수신된 뇌파를 소정의 유무선 통신을 통하여 뇌파신호 분석부(120)로 제공할 수 있다.

한편, 상기 유무선 통신중, 전송부(113)는 무선 통신을 통하여 상기 뇌파를 뇌파신호 분석부(120)로 제공할 수 있다. 일예로서, 상기 신호 처리된 뇌파는 PC나 서버의 USB 포트용 블루투스 수신기로 전송되어질 수 있으며, 이 경우 ISM 대역인 2.45GHz를 사용하는 산업표준 블루투스(bluetooth)를 통해서 무선으로 전송될 수 있다. 이에 따르면, 900MHz 대역의 스프레드 스펙트럼 방식의 무선 통신과 2.4GHz 대역의 스프레드 스펙트럼 방식 무선전송 방식과 비교했을 때 암호화, 전송거리, 혼선 등 거의 모든 면에서 좋은 효율을 가지게 된다.

뇌파신호 분석부(120)의 수신부(121)로 제공된 고주파 신호는, 퓨리에 변환(Fourier Transform) 등을 포함한 소정의 복조 동작에 의하여 뇌파 신호가 추출될 수 있다. 상기와 같이 추출된 뇌파 신호는 정량화부(122)로 제공될 수 있다. 도 1에서는 상기 정량화부(122)와 집중력 유지시간 산출부(123)가 서로 다른 기능블록으로 도시되었으나, 상기 정량화부(122)와 집중력 유지시간 산출부(123)는 서로 동 일한 기능블록으로 도시되어도 무방하다.

수신부(121)에서 신호를 복조함에 따라 각 주파수별 뇌파의 세기값을 구할 수 있다. 각 주파수별 뇌파는 델타파(0.5-4Hz), 세타파(4-8Hz), 알파파(8-11Hz), SMR파(12-18Hz), 베타파(20-30Hz), 감마파(30-50Hz) 등으로 구분되어질 수 있다. 상기 학습 구간동안 상기 뇌파들을 주파수별로 분석하여, 수면시간(델타파), 가수면 시간(세타파), 안정화된 시간(알파파), 집중하는 시간(SMR파), 산만해져 있는 시간(베타파, 감마파) 등을 시간 구간 별로 분석할 수 있다.

정량화부(122)는 수신부(121)를 통하여 사용자의 실제 학습 구간에서 발생된 뇌파 신호를 수신하고 정량화 동작을 수행한다. 앞서 언급된 뇌파 검출부(110)는 주기적으로(일예로서, 1초 간격으로) 사용자의 실제 학습 구간동안 상기 사용자의 뇌파를 검출한다. 또한 정량화부(122)에는 소정의 시간 값이 셋팅되며, 상기 주기적으로 검출된 뇌파와 상기 셋팅된 소정의 시간 값을 이용하여 상기 정량화 동작이 수행될 수 있다.

특히, 상기 정량화부(122)가 정량화 동작을 수행함에 있어서, 실제 학습 구간 동안 사용자로부터 발생되는 다수 종류의 뇌파들 중에서 적어도 SMR 파를 이용하여 정량화 동작을 수행한다. 바람직하게는, 정량화 동작을 수행함에 있어서 학습 집중도가 산출될 수 있는데, 상기 학습 집중도는 사용자가 학습에 집중할수록 SMR파의 세기값이 커지고, 세타파 및 알파파의 세기값을 약해지는 것을 이용할 수 있다. 일예로서, 상기 학습 집중도는 아래의 수학식 1과 같이 산출될 수 있다.

학습 집중도 = SMR파의 세기값 / (세타파의 세기값 + 알파파의 세기값)

상기와 같은 학습 집중도는 주기적으로(일예로서, 1초 간격으로) 구해질 수 있다. 학습 집중도가 구해지면 상기 학습 집중도를 소정의 시간(t1) 동안 평균화 함으로써 상기 정량화 동작이 수행될 수 있다. 상기 소정의 시간(t1)이라 함은 다양한 형태로 설정될 수 있다. 일예로서, 상기 소정의 시간(t1)은 상기 설정된 학습 구간과 동일한 시간으로 설정될 수 있으며, 또는 상기 학습 구간 시간 미만의 값을 갖는 특정한 시간으로 설정될 수 있다. 평균 학습 집중도를 구하는 일예는 다음의 수학식 2와 같다.

평균 학습 집중도 = 학습 집중도의 합 / 소정의 시간(t1)

상기와 같이 학습 집중도 및 평균 학습 집중도가 산출되면, 집중력 유지시간 산출부(123)에 의하여 상기 집중력 유지시간을 산출하는 동작이 수행된다. 집중력 유지시간은 상기 산출된 학습 집중도 및 평균 학습 집중도 중 적어도 하나를 이용하여 산출될 수 있다. 집중력 유지시간 산출부(123)는 정량화부(122)로부터 현재 집중도 값 및/또는 상기 평균 학습 집중도 값을 수신한다. 집중력 유지시간 산출부(123)는 상기 소정의 시간(일예로서, 초기 설정된 학습 구간) 동안 학습 집중도가 상대적으로 높은 시간이 어느정도 유지되었는가를 수치적으로 산출한다. 일예로서, 집중력 유지시간 산출부(123) 내에는 소정의 임계값(T)이 설정될 수 있으며, 현재의 학습 집중도가 임계값(T)보다 큰 상태인 시간을 합산함으로써 상기 집중력 유지시간 및 평균 집중력 유지시간이 산출될 수 있다. 상기 산출동작을 위한 수학 식 3, 4는 아래와 같다. 소정의 시간 동안 수행되는 학습 구간이 사용자에 의해 복수의 회수로 수행되는 경우, 수학식 4와 같은 평균 집중력 유지시간이 산출될 수 있다.

집중력 유지시간 = Δt(현재 집중도 ≥ 임계값) 의 합

평균 집중력 유지시간 = 집중력 유지시간의 합 / 측정회수

사용자의 실제 학습 구간 동안의 평균 집중력 유지시간이 산출되면, 사용자가 학습 구간 동안에 어느정도 집중력을 유지하는 지 판단될 수 있으며, 이에 따라 실제 사용자의 집중력 수준 정도에 따라 집중력을 강화하는 훈련을 수행할 수 있다. 즉, 집중력을 강화하는 훈련을 하기 위한 컨텐츠를 수행함에 있어서, 단순히 컨텐츠를 실행하는 것이 아니라, 실제 사용자의 학습 구간에서 판단된 집중력 정도를 이용하여 컨텐츠를 수행하므로, 집중력 강화 훈련이 실제 사용자의 학습 구간에서 보여지는 집중도에 따라 제어될 수 있으므로 사용자의 학습 구간의 집중력과 그 훈련이 서로 연동될 수 있다.

컨텐츠 실행부(130)는, 뇌파신호 분석부(120)로부터의 분석 결과를 이용하여 실제 수행되는 컨텐츠를 제어할 수 있다. 컨텐츠 제어부(131)는 뇌파신호 분석부(120)로부터의 분석 결과를 수신하고, 그 분석 결과에 따라 컨텐츠가 실행될 수 있도록 하는 제어신호를 발생한다. 컨텐츠 구동부(132)는 소정의 집중력 강화 프로그램을 수행하기 위한 프로그램 코드를 포함하며, 상기 집중력 강화 프로그램은 다 수의 레벨을 포함하고 상기 제어신호에 응답하여 상기 다수의 레벨들 중 어느 하나의 레벨로서 집중력 강화 프로그램이 수행되도록 한다.

도 4는 도 1의 뇌파신호 분석부(120)의 구체적인 기능을 나타내는 블록도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 정량화부(122)는 검출되는 뇌파들 중 SMR 파, 알파파 및 세타파를 이용하여 학습 집중도(V)를 산출하는 기능블록(122_1) 및 상기 산출된 학습 집중도(V)와 소정의 시간(t1)을 이용하여 평균 학습 집중도(M)를 산출하는 기능블록(122_2)을 포함할 수 있다. 일예로서 상기 학습 집중도(V)는 SMR파 값을 알파파 값 및 세타파 값의 합으로 나눔에 의하여 산출될 수 있으며, 상기 평균 학습 집중도(M)는 소정의 시간(t1) 동안의 학습 집중도(V)의 합을 소정의 시간(t1)으로 나눔에 의하여 산출될 수 있다.

한편, 집중력 유지시간 산출부(123)는 집중력 유지시간(H)을 산출하는 기능블록(123_1) 및 평균 집중력 유지시간(F)을 산출하는 기능블록(123_2)을 포함할 수 있다. 상기 기능블록(123_1)은 학습 집중도(V)를 산출하는 기능블록(122_1) 및/또는 평균 학습 집중도(M)를 산출하는 기능블록(122_2)의 결과를 이용하여 집중력 유지시간(H)을 산출할 수 있다. 일예로서, 집중력 유지시간(H)은 현재 집중도가 소정의 임계값(T)보다 높게 측정되는 시간의 합에 의해 산출될 수 있으며, 평균 집중력 유지시간(F)은 소정 회수(N) 동안의 집중력 유지시간(H)의 합을 상기 소정 회수(N)로 나눔에 의하여 산출될 수 있다.

도 5는 도 1의 컨텐츠 실행부(130)의 구체적인 구성을 나타내는 블록도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 컨텐츠 실행부(130)는 컨텐츠 제어부(131)와 컨텐 츠 구동부(132)를 구비할 수 있다. 또한 컨텐츠 제어부(131)는 데이터 베이스(131_1)와 제어신호 발생부(131_2)를 구비할 수 있으며, 컨텐츠 구동부(132)는 레벨 제어부(132_1), 프로그램 구동부(132_2) 및 프로그램 코드(132_3)를 구비할 수 있다.

컨텐츠 제어부(131)는 뇌파신호 분석부(120)로부터 산출된 뇌파 분석 결과(일예로서, 평균 집중력 유지시간(F))를 이용하여 집중력 강화 구간 동안 실행되는 컨텐츠를 제어한다. 즉, 컨텐츠 실행부(130)는 사용자의 학습 구간과는 별도로 소정의 선택에 의하여 수행되는 것이 아니라, 상기 사용자의 실제 학습 구간 동안에서의 뇌파 분석 결과를 토대로 그 실행이 제어된다. 뇌파신호 분석부(120)로부터 산출된 뇌파 분석 결과가 데이터 베이스(131_1)로 제공되면, 데이터 베이스(131_1)에 기 저장되는 다수의 데이터들과 상기 뇌파 분석 결과가 서로 비교된다. 데이터 베이스(131_1)는 그 비교 결과에 따른 신호를 제어신호 발생부(131_2)로 제공한다. 제어신호 발생부(131_2)는 상기 비교 결과 신호를 수신하고 이에 응답하여 컨텐츠 구동부(132)를 제어하기 위한 제어신호를 발생한다.

일예로서, 상기 평균 집중력 유지시간(F)이 a 값으로 산출된 경우, 상기 평균 집중력 유지시간(F)이 데이터 베이스(131_1)에 저장된 정보와 비교된다. 상기 평균 집중력 유지시간(F)은 그 값이 낮을수록 학습 구간 중 사용자의 집중도가 낮다는 것을 의미하며, 그 값이 클 수록 학습 구간 중 사용자의 집중도가 높다는 것을 의미할 수 있다. 데이터 베이스(131_1)에는 소정의 범위 별로 다수의 단계의 범위의 값에 대한 정보가 저장된다. 만약, 상기 a 값이 상기 다수의 단계들 중 어느 하나의 단계의 범위 이내에 존재하는 것으로 비교되는 경우, 이에 대응하는 신호가 데이터 베이스(131_1)로부터 발생된다.

제어신호 발생부(131_2)는 상기 데이터 베이스(131_1)로부터의 신호를 이용하여 컨텐츠 구동부(132)를 제어하기 위한 제어신호를 발생하며, 일예로서, 실제 컨텐츠 구동부(132)에 의해 구동되는 컨텐츠는 다수의 단계로 이루어지는 프로그램을 포함하여 컨텐츠 수행시 상기 다수의 단계들 중 어느 하나의 단계에 해당하는 프로그램이 수행된다. 레벨 제어부(132_1)는 상기 제어신호에 응답하여 상기 다수의 단계들 중 어느 하나의 단계를 선택하기 위한 선택신호를 발생한다. 상기 발생된 선택신호는 프로그램 구동부(132_2)로 제공된다. 프로그램 구동부(132_2)는 상기 선택신호에 따라 프로그램 코드(132_3)를 억세스함으로써 컨텐츠를 실행한다. 일예로서, 상기 프로그램 코드(132_3)는 다수의 레벨을 갖는 프로그램이 수행될 수 있도록 하는 코드들을 포함하고, 프로그램 구동부(132_2)는 상기 프로그램을 수행함에 있어서, 상기 제어신호에 응답하여 다수의 단계들 중 선택된 단계로부터 프로그램이 수행 시작되도록 제어한다.

한편, 앞서 도시된 도 4 및 도 5에 각각 도시된 뇌파신호 분석부(120)와 컨텐츠 실행부(130)는 각각 소프트웨어 적으로 구현되는 것이 바람직하다. 일예로서, 본원의 집중력 강화 시스템(100)은 실제 전극부를 포함하는 하드웨어적인 뇌파 검출부(110)를 포함할 수 있으며, 상기 뇌파 검출부(110)에서 검출된 뇌파 신호를 소프트웨어적인 처리를 통해 뇌파 분석을 수행하고 이에 따른 컨텐츠를 수행하는 컴퓨터로 제공될 수 있다. 이에 따라, 상기 도 4 및 도 5에서는 본원의 기능을 수행 하는 블록들이 각각 서로 다른 블록으로 도시되었으나, 상기와 같은 기능들은 하나의 소프트웨어 내에서 순차적으로 수행될 수 있다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 컨텐츠 실행부의 동작의 일예를 나타내는 도면이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 컨텐츠 실행부(130)는 10 단계를 갖는 프로그램이 수행되도록 하며, 각각의 프로그램의 단계는 서로 다른 평균 집중력 유지시간을 가져야만 완료를 할 수 있도록 구현된다. 일예로서, 상기 10 개의 단계들은 1 단계로부터 10 단계로 갈수록 사용자가 더 오랜 평균 집중력 유지시간을 가져야만 완료를 할 수 있다. 도 6은 이와 같은 기능을 수행하는 컨텐츠의 일예로서, 화면 상에 다수의 점이 디스플레이 되고, 이후 상기 다수의 점 외에 또 다른 점이 하나 발생할 때마다 사용자가 이를 선택하도록 하는 것으로서, 사용자가 꾸준한 집중도를 유지하여야만 각 단계의 전체 스텝(step)을 완료할 수 있는 컨텐츠이다.

본 발명의 일실시예에 따른 컨텐츠 실행부(130)는 집중력 강화 훈련을 함에 있어서, 실제 사용자의 학습 구간 동안에 산출된 뇌파 분석 결과를 이용함으로써 사용자에게 최적의 맞춤을 제공하는 집중력 강화 훈련이 이루어지도록 한다. 일예로서, 실제 사용자의 학습 구간 동안 평균 집중력 유지시간이 a 값으로 산출된 경우, 상기 산출된 a 값과 상기 10 개의 단계들 각각에서 요구로 하는 평균 집중력 유지시간을 서로 비교한다. 만약, 제2 단계에서 요구로 하는 평균 집중력 유지시간이 상기 산출된 a 값보다 작고, 제3 단계에서 요구로 하는 평균 집중력 유지시간이 상기 산출된 a 값보다 큰 경우에는 상기 프로그램이 제3 단계로부터 시작되도록 한다. 만약, 제3 단계의 프로그램을 수행 도중 사용자의 집중도가 낮아지게 되어 상 기 제3 단계 실행 중 소정의 스텝(step)에서 오답이 발생한 경우, 상기 제3 단계의 첫 번째 스텝(step)부터 다시 프로그램이 시작되도록 제어될 수 있다.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 집중력 강화 시스템의 동작방법을 나타내는 플로우차트이다. 도시된 바와 같이, 소정의 시간 동안 수행되는 학습 구간이 시작되고(S11), 사용자의 학습 구간 동안 다수의 종류의 뇌파가 수신된다(S12).

상기 수신된 뇌파를 처리하여 각 주파수별로 다양한 종류의 뇌파가 검출되면, 상기 검출된 다수의 뇌파들 중 적어도 SMR파를 이용하여 정량화 동작을 수행한다(S13). 바람직하게는, 상기 검출된 다수의 뇌파들 중 SMR파, 알파파 및 세타파의 세기값을 이용하여 정량화 동작이 수행될 수 있다. 상기 정량화 동작은 학습 집중도 및 평균 학습 집중도를 산출함에 의하여 수행될 수 있다. 학습 집중도는 사용자가 학습에 집중할수록 SMR파의 세기값이 커지고, 세타파 및 알파파의 세기값을 약해지는 것을 이용할 수 있다. 또한 평균 학습 집중도는 상기 학습 집중도를 소정의 시간(t1) 동안 평균화 함으로써 산출될 수 있다.

이후 집중력 유지시간을 산출하는 단계가 수행된다(S14). 상기 단계(S14)는 집중력 유지시간을 산출하는 단계 및 평균 집중력 유지시간을 산출하는 단계를 포함할 수 있다. 집중력 유지시간은 현재의 집중도 값 및/또는 앞서 산출된 평균 학습 집중도를 이용하여 산출될 수 있다. 일예로서, 집중력 유지시간은 현재 사용자의 학습 구간 동안의 집중도를 소정의 값으로 설정되는 임계값과 비교함에 의하여 산출될 수 있으며, 평균 집중력 유지시간은 소정의 측정회수동안 측정된 집중력 유지 시간을 모두 합하고 이를 상기 소정의 측정회수로 나눔에 의하여 산출될 수 있 다.

이후, 사용자의 학습 구간 동안의 뇌파 분석 결과에 따라 집중력 강화 훈련을 위한 집중력 강화 구간이 수행된다(S15). 상기 집중력 강화 구간은 사용자의 학습 구간 동안의 뇌파 분석 결과에 기반하는 컨텐츠를 구동함으로써 수행된다. 상기 컨텐츠는 다수의 레벨을 포함하는 프로그램을 실행함에 의하여 구동되는데, 특히 사용자의 학습 구간 동안의 뇌파 분석 결과에 따라 상기 다수의 레벨 중 어느 하나의 레벨을 선택함에 의하여 수행된다(S16). 사용자는, 자신의 실제 학습 구간 중의 집중도 정도에 따라 그에 맞춤형으로 제공되는 레벨의 프로그램이 제공되며, 이에 따라 상기 프로그램을 수행함에 의하여 집중력 강화 프로그램이 수행된다(S17).

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 뇌파를 이용한 집중력 강화 시스템을 나타내는 블록도이다.

도 2는 전극부와 뇌파 처리부 사이의 신호 전달을 위한 트위스티드 페어(Twisted-Pair) 케이블의 일예를 나타낸다.

도 3a,b는 본 발명의 일실시예에 따른 뇌파 검출부와 상기 전극들의 접점이 가능한 머리의 영역들을 나타낸다.

도 4는 도 1의 뇌파신호 분석부의 구체적인 기능을 나타내는 블록도이다.

도 5는 도 1의 컨텐츠 실행부의 구체적인 구성을 나타내는 블록도이다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 컨텐츠 실행부의 동작의 일예를 나타내는 도면이다.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 집중력 강화 시스템의 동작방법을 나타내는 플로우차트이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100: 집중력 강화 시스템

110: 뇌파 검출부

120: 뇌파신호 분석부

130: 컨텐츠 실행부

140: 디스플레이부

Claims (9)

1. 뇌파 신호를 검출하기 위한 뇌파 검출부;

   사용자의 학습 구간 동안 상기 뇌파 검출장치에서 검출된 상기 사용자로부터의 다수 종류의 뇌파들을 수신하고, 상기 수신된 뇌파들 중 적어도 SMR 파를 이용하여 집중도를 산출하고, 소정의 시간 동안 상기 산출된 집중도를 평균화함으로써 정량화 동작을 수행하며, 상기 산출된 집중도 및/또는 평균 집중도를 이용하여 집중력 유지시간을 산출하고, 상기 정량화 및 산출 동작에 기반하는 뇌파 분석 결과를 출력하는 뇌파신호 분석부; 및

   상기 뇌파신호 분석부로부터의 처리 결과에 응답하여 동작하며, 상기 학습 구간동안의 상기 사용자로부터의 뇌파 분석 결과에 따라 집중력 강화 프로그램에 포함되는 다수의 레벨들 중 어느 하나의 레벨을 선택하고, 컨텐츠 실행 구간 동안 상기 선택된 레벨로서 상기 집중력 강화 프로그램을 수행되도록 제어하는 컨텐츠 실행부를 구비하는 것을 특징으로 하는 뇌파를 이용한 집중력 강화 시스템.
2. 제1항에 있어서,

   상기 뇌파 분석 결과 및 상기 컨텐츠에 따른 화면을 디스플레이하기 위한 디스플레이부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 뇌파를 이용한 집중력 강화 시스템.
3. 제1항에 있어서, 상기 뇌파 검출부는,

   상기 사용자의 머리에 유동적으로 부착 가능하여 상기 사용자의 뇌파를 수신하기 위한 전극부;

   상기 전극부로부터 측정된 뇌파를 수신하고 소정의 주파수 필터링 및 아날로그-디지털 변환을 수행하는 뇌파 처리부; 및

   상기 뇌파 처리부로부터의 신호를 수신하여 이를 고주파로 변조하여 무선 전송하는 전송부를 구비하는 것을 특징으로 하는 뇌파를 이용한 집중력 강화 시스템.
4. 제3항에 있어서, 상기 뇌파신호 분석부는,

   상기 전송부로부터 고주파 신호를 주기적으로 수신하고 이를 복조하여 상기 다수 종류의 뇌파들을 추출하는 수신부;

   상기 수신부로부터 상기 뇌파들을 입력받으며, 상기 주기적으로 입력된 뇌파들에 대하여 적어도 상기 SMR 파를 이용하여 집중도를 산출하고, 상기 소정의 시간 동안의 상기 집중도의 평균값을 산출하여 정량화 동작을 수행하는 정량화부; 및

   상기 주기적으로 입력된 뇌파를 이용하여 집중력 유지시간 및 평균 집중력 유지시간을 산출하는 집중력 유지시간 산출부를 구비하는 것을 특징으로 하는 뇌파를 이용한 집중력 강화 시스템.
5. 제4항에 있어서,

   상기 집중도는, SMR파의 세기값/(세타파의 세기값 + 알파파의 세기값)에 의해 산출되며,

   상기 정량화 동작은, 상기 소정의 시간 동안 집중도의 합을 상기 소정의 시간으로 나눔에 의하여 평균 집중도를 산출하여 수행되고,

   상기 집중력 유지시간은, 현재 집중도를 임계값과 비교하고 상기 소정의 시간 동안 상기 현재 집중도가 상기 임계값보다 큰 값을 갖는 구간을 합산함에 의하여 산출되며,

   상기 평균 집중력 유지시간은, 소정의 측정 회수 동안의 상기 집중력 유지시간의 평균값으로 산출되는 것을 특징으로 하는 뇌파를 이용한 집중력 강화 시스템.
6. 제1항에 있어서, 상기 컨텐츠 실행부는,

   상기 사용자의 학습 구간 동안의 뇌파 분석 결과를 집중력 강화 훈련 구간과 연동시키기 위하여, 상기 뇌파 분석 결과를 수신하고 이에 응답하여 컨텐츠의 실행을 제어하는 컨텐츠 제어부; 및

   다수의 단계로 이루어지는 프로그램을 포함하고, 상기 뇌파 분석 결과에 기반하는 상기 컨텐츠 제어부의 제어신호에 응답하여, 상기 사용자의 학습 구간 동안의 집중력 정도에 의존하는 레벨의 프로그램을 선택하여 실행하는 컨텐츠 구동부를 구비하는 것을 특징으로 하는 뇌파를 이용한 집중력 강화 시스템.
7. 제6항에 있어서,

   상기 프로그램의 다수의 단계는 서로 각각 다른 집중력 유지시간을 요하는 단계이며,

   상기 컨텐츠 실행부는, 상기 학습 구간 동안 a 값에 해당하는 평균 집중력 유지시간이 산출된 경우, 상기 a 값에 가장 근접하며 상기 a 값보다 큰 집중력 유지시간을 요하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 뇌파를 이용한 집중력 강화 시스템(단, a는 양의 실수).
8. 제1항에 기재된 뇌파신호 분석 결과 출력 및 컨텐츠 실행되도록 하는 프로그램 코드를 저장한 컴퓨터로 판독 가능한 저장매체.
9. 사용자의 학습 구간 동안, 상기 사용자로부터의 다수 종류의 뇌파들을 수신하는 단계;

   상기 수신된 뇌파들 중 적어도 SMR 파를 이용하여 집중도를 산출하고, 소정의 시간 동안 상기 산출된 집중도를 평균화함으로써 정량화 동작을 수행하는 단계;

   상기 산출된 집중도 및/또는 평균 집중도를 이용하여 집중력 유지시간을 산출하고, 상기 정량화 및 산출 동작에 기반하는 뇌파 분석 결과를 출력하는 단계;

   상기 학습 구간동안의 상기 사용자로부터의 뇌파 분석 결과에 따라 집중력 강화 프로그램에 포함되는 다수의 레벨들 중 어느 하나의 레벨을 선택하는 단계; 및

   집중력 강화 훈련 구간 동안, 상기 학습 구간동안의 뇌파 분석 결과에 기반하여 선택된 레벨에 따라 상기 집중력 강화 프로그램을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 뇌파를 이용한 집중력 강화 시스템의 동작방법.

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